Блог о заточке. Отличные свойства при правильной термообработке Твердость 40х13 в состоянии поставки

Многие мастера задумываются о том, как . В первую очередь речь идет, конечно же, о стали. В последнее время российский рынок наводнила дешевая китайская продукция. Металл низкого качества часто красиво выглядит, но отличается мягкостью. Для того чтобы металлический инструмент был пригоден к применению, сталь должна быть твердой. Эта проблема обычно успешно решается при помощи соответствующей термической обработки - закалки.

Для чего нужна закалка и отпуск стали

Главный минус этих методов заключается в том, что они непригодны для использования дома. Тем не менее часто возникают ситуации, когда изделия из стали, купленные в специализированном магазине, нуждаются в дополнительной обработке, а именно в укреплении. с последующим отпуском необходима, потому что:

Чаще всего для изготовления изделий, необходимых в быту, используется металл марки АЦ40ХМ. Для машиностроения чаще всего применяется марка 40ХГМ. Для изготовления хирургических инструментов - металл марки 40х. Закалка металла в домашних условиях, при соблюдении всех технологий, не менее эффективна, чем укрепление стали на производстве.

Во время работы с металлом, особенно при высоких температурах и при наличии источников открытого огня, следует безукоризненно соблюдать технику безопасности. Это касается как рабочего в сталелитейном цехе, так и домашнего мастера.

Эксперты категорически не рекомендуют закалять сталь с использованием химических веществ, так как есть риск получить серьезные ожоги или тяжелое отравление. Дома лучше всего использовать термический способ укрепления стальных изделий, когда молекулы металла плотнее притягиваются друг к другу благодаря активному выделению тепловой энергии. Все работы нужно проводить на открытом воздухе или в специально оборудованном помещении.

Основные преимущества

Закалять металл можно и самостоятельно. Главное - не забыть об отпуске металла, который нужно обязательно провести после закалки и нормализации температуры. Иногда эта процедура также называется «отжиг». Большой популярностью пользуется процедура укрепления металла при помощи масла или так называемая «закалка в двух средах» - в воде и масле. Но человеку, не имеющему опыта, не стоит браться за закалку с использованием горячих жидкостей, так как при нарушениях техники безопасности можно получить серьезную травму.

Отсутствие отпуска металла после закалки часто приводит к тому, что из-за резкого перепада температур металл становится тверже, но более хрупким и ломким. Если закаливание происходит на заводе, процедура отпуска происходит в полном соответствии с нормативами ГОСТ.

Вот основные преимущества закаливания стали в домашних условиях:

Если в качестве источника открытого огня используется костер, закаливание стали нужно проводить в безветренную погоду, чтобы случайный порыв ветра не стал причиной пожара. Нужно обязательно защитить глаза специальными очками, так как длительное наблюдение за ярким пламенем может отрицательно сказаться на зрении. Также необходимо надеть спецодежду, сделанную из материала, устойчивого к возгоранию.

Как сделать крепче топор

Для улучшения качества металла, из которого сделано лезвие топора, можно легко закалить его в домашних условиях. Лучше всего поддаются закалке колюще-режущие изделия из . Также не должно возникнуть проблем с изделиями из металла марки 40×13. Повысить твердость лезвия можно, просто опустив его в костер. Опытные мастера легко определяют степень закалки по цвету опущенного в него топора. Обычно изделие из стали 40х сначала становится ярко-красным, а потом цвет постепенно начинает бледнеть. Окраска металлического лезвия меняется в зависимости от температуры нагревания примерно следующим образом:

• Ярко-красный цвет, когда изделие нагрелось до 300 градусов;
• Оранжевый цвет при температуре около 400 градусов;
• Насыщенная желтая окраска при нагревании до 500−600 градусов;
• Светло-желтый, почти белый цвет на заключительном этапе, когда температура накаливания достигает примерно 750−800 градусов.

Как закалить стальной нож

Термическая обработка стальных ножей, ножниц или хирургических инструментов может осуществляться в муфельной печи. Такая печь хорошо подходит для изделий небольшого размера из стали марки 40х. Некоторые умельцы также используют для этой цели газовую горелку, но такой способ не отличается безопасностью, так как может произойти возгорание.

Основное преимущество муфельной печи заключается в том, что в ней можно осуществлять не только закалку, но и отпуск. Сконструировать это несложное устройство для термообработки металла можно своими руками. Закалка стали в домашних условиях в муфельной печи является безопасным способом повышения твердости металла без применения химических веществ (например, азота). Чтобы закалить нож из стали 40х, его нужно поместить в печку, пока она еще не нагрелась.

• Поставить печь на режим постепенного нагрева до необходимой температуры;
• Несколько раз порезать сургуч стальным ножом;
• Проделать то же самое, но при постепенном снижении температуры;
• Когда нож остынет, аккуратно очистить его от остатков расплавленного сургуча.

Такой способ часто используют хирурги для закаливания стальных скальпелей в домашних условиях. Также муфельную печь нередко применяют для укрепления металлических деталей, используемых при сборке и ремонте легковых и грузовых автомобилей.

Закаливание металла - прекрасный способ продлить срок годности металлического изделия. Конечно, лучше сразу приобретать закаленные детали и инструменты. Но если такой возможности нет, можно легко повысить твердость материала самостоятельно. При наличии определенных навыков и базовых познаний в области металлургии хороший хозяин без труда справится с этой важной задачей. Главное - соблюдать технику безопасности и не забывать о таком важном этапе закаливания, как отпуск или отжиг.

Любой кухонный режущий инструмент из металла должен отвечать целому ряду требований, в первую очередь, гигиеническим. Очевидным выбором здесь стала нержавейка, т.е. коррозионно-стойкая, высоколегированная, жаропрочная сталь повышенной прочности и твердости марки 40х13. Её часто называют ножевой сталью, однако идет данный материал не только на изготовление ножей, но и на производство шариковых подшипников, рессор, пружин и всевозможного мерительного инструмента.

Микроструктура подобного сплава в его закаленном состоянии включает карбиды, мартенситы и небольшое процентное содержание остаточного аустенита. Всё это обеспечивает высокий уровень коррозионной стойкости (выше только у нержавейки 30Х13). При этом данный материал не является свариваемым, а выплавляется он в открытых электродуговых или индукционных печах при t=850-1100°C. Во избежание деформаций металла сталь 40х13 нагревают относительно медленно, после чего так же медленно охлаждают с помощью песка.

Характеристики стали марки 40х13

Химический состав ножевой стали 40Х13 представлен на следующей диаграмме:

Закалка данного материала производится при температуре 1030-1050 o C, при ковке же металл приходится нагревать до 1200 о С. По окончании механической обработки сталь 40х13 сечением не более 200 мм дополнительно подвергается низкотемпературному отжигу. Твердость готового обработанного материала составляет 143-229 МПа (HB 10 -1), а удельный вес 7650 кг/м 3 .

В целом, физические свойства стали 40X13 делают её похожей на большинство инструментальных сталей. Она незаменима при изготовлении бытового и хирургического режущего инструмента, однако не менее популярна в производстве:

• втулок
• валов
• корпусов
• лопастей турбин
• болтов
• карбюраторных игл и т.п.

Заметим, что любые изделия из данного металла способны длительно находится в любых коррозионных средах, температура которых достигает 400-450°С.

Высокая коррозионная стойкость марки стали 40х широко востребована авиаконструкторами, которые нуждаются в материале, дополнительно обладающем повышенной прочностью и используемом для производства деталей, работающих на износ в условиях огромных механических нагрузок.

Несмотря на своё название, эта ножевая сталь имеет удовлетворительную стойкость ножевой кромки. Она относительно мягкая, однако при качественной закалке способна демонстрировать отличную твердость (57 HRC). С другой стороны, мягкость металла позволяет легко затачивать ножи, в то время как антикоррозионная устойчивость становится главным критерием выбора при поиске лучшего материала для ножей, используемых дайверами, рыбаками или водолазами. Ножи из стали 40х13 никогда не ржавеют, не нуждаются в каком-либо уходе, именно поэтому сегодня данный материал идет на изготовление самого разного режущего инструмента хозяйственно-бытового и сувенирного назначения. При этом его получение не связано с серьезными затратами, что позволяет отнести сталь 40х13 к разряду дешевых нержавеющих металлов.

Любой материал, в том числе и сталь, обладает определёнными свойствами, которые присущи только ему. Специалисты, занимающиеся разработкой новых сортов стали, прилагают максимум усилий для получения оптимальных свойств и характеристик. Это в полной мере относится и к стали 40Х13.

Основные характеристики

Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:

• углерод до 0,45%;
• хром до 14%;
• остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.

Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:

• режущий и мерительный инструмент;
• медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
• элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
• пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.

Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.

Сталь этой марки недопустимо применять для создания конструкций с применением любых видов сварки.

Аналоги

Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:

• США - 420;
• Германия - 1.4031;
• КНР - 4С13.

ГОСТ

Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).

Термообработка стали

Свои уникальные свойства, в частности, повышенную стойкость к коррозии, марка 40Х13 получает в результате сложной термической обработки.

После закалки, составляющими компонентами стали 40Х13 являются:

• карбиды;
• мартенситы;
• остатки аустенитов.

Надо отметить, что при температуре порядка 1050 ºC сталь теряет свою твердость. Это вызвано в первую очередь тем, при таком режиме растёт количество аустенита. Но при понижении температуры до 500 ºC твёрдость возвращается. Это обусловлено тем, что происходит удаление карбидов из структуры стали.

Финишная термообработка (закалка) производится при температуре 950 - 1000 ºC, с последующим охлаждением в масле или на воздухе. При соблюдении всех технологических режимов сталь получить требуемую твёрдость и коррозионную стойкость.

Технологические свойства стали 40Х13

Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.

Сталь 40Х13 плохо подвергается холодной деформации.

Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.

Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:

• упрочнение, возникающие в процессе резания;
• удаление отходов обработки;
• ускоренный износ режущего инструмента.

Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления - стружколомы.

Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.

Еще одно свойство 40Х13 - это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.

Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.

Применение стали 40Х13

Уникальные свойства стали этой марки позволили применять её в авиастроении. Дело в том, что эта отрасль постоянно нуждается в материалах, которые обладают высокой прочностью во время работы при высоких температуре, например, в авиационном двигателе. Кроме того, в современной авиационной технике детали, выполненные из этой стали, применяют в силовых элементах конструкции фюзеляжа и пр.

Сталь У8 принадлежит к классу углеродистых эвтектоидных сталей. В исходном состоянии - после ковки или прокатки и охлаждения на воздухе её структура состоит из чистого пластинчатого перлита. Термическую обработку таких сталей делают в два приёма: предварительная и окончательная обработка. Первая заключается в отжиге на зернистый перлит при температуре 750—760 °С. Такая структура, во-первых, облегчает механическую обработку, во-вторых - после закалки свойства будут более однородными. Особенность закалки углеродистых сталей, в том числе У8 , недопустимость даже малейшего замедления при закалке из-за очень высокой критическую скорости. Могут образоваться мягкие пятна.

Для стали У8 применяют прерывистую закалку. Чтобы её осуществить раскалённую деталь помещают сначала в воду, и вслед за тем, переносят в масло, где происходит окончательное охлаждение. Таким образом, удаётся избежать появления мягких пятен, но из-за уменьшения скорости охлаждения на последнем этапе снижаются структурные напряжения. Закалку стали У8 производят при 780 °C, а температура отпуска - 400 °C.

Гарантированный результат при соблюдении параметров

Сталь 40Х13 хорошо переносит горячую пластическую деформацию, которая проводится в температурном интервале 1100-860 °С.
Сталь склонна к образованию трещин при быстром нагреве или охлаждении. Поэтому нагрев до 830-ти °С применяют медленный, а после деформации охлаждение в песке или в печи.

После горячей деформации применяются промежуточный отжиг при температурах от 740-ка до 800 °С или полный отжиг в интервале от 810-ти до 880 °С с медленным охлаждением не больше, чем 25-50 °С/ч до 600 °С.

Закалка 40Х13 в интервале от 950 до1050 °С применяется как окончательная термическая обработка. Охлаждение - на воздухе или в масле. Далее делается отпуск с учетом заданной твердости и коррозионной стойкости. Для стали 40Х13 , применяемой в качестве заготовки для хирургических инструментов, делают ступенчатую закалку с 1030-1040 °С с охлаждением в щелочном растворе при 350 °С. Это нужно, чтобы уменьшить коробление и повысить упругие свойства.

К термообработке стали 40Х предъявляют особые требования. Время охлаждения деталей из этой стали в воде или на воздухе или в воде должно быть небольшим из-за её склонности к отпускной хрупкости и хладноломкости. Наличие хрома уменьшает критическую скорость закалки и предотвращает рост зерна. Температура мартенситного превращения стали 40Х ниже, прокаливаемость её выше, чем у простой углеродистой ст.40. В результате ее отпуск производится при более высокой температуре.
Сталь 40Х относится к группе улучшаемых. Её эксплуатационные характеристики действительно улучшаются в результате правильного термического воздействия. Благодаря ему, механические характеристики стали выше, чем у целого ряда конструкционных сталей. При сохранении достаточно высокой вязкости и пластичности, эта сталь является одной из наиболее прочных.

Машиностроение, строительство, а также множество других отраслей нашей промышленности предполагают использование различных материалов, среди которых отдельное место занимает сталь. Она насчитывает большое количество различных марок, отличительной особенностью которых являются их характеристики. Одной из наиболее популярных видов стали является сталь инструментальная. При маркировке такой стали, как правило, ставят три символа. Первым всегда идет буква «У», означающая, что данная сталь является углеродистой. Затем идет цифра, обозначающая количество углерода в данной марке стали. И последним символом может быть буква «А», которая говорит о том, что данная сталь относится к группе качественных сталей.

Состав инструментальной стали у8

Одной из марок инструментальных сталей, является марка У8 . Это углеродистая инструментальная сталь, в состав которой входит порядка 0.83 процента углерода. Помимо этого, в состав данной марки стали входят до 0,33 процента кремния и столько же марганца, не выше 0,028 процентов серы и не больше 0,25 процентов никеля, не выше 0,25 процентов меди, до 0,03 фосфора и до 0,2 процентов хрома. В качестве аналогов стали марки У8 , выступают у7 и у 10.
Основное применение стали У8 - это изготовление инструментов, при работе которых отсутствует нагревание. Такими инструментами могут быть отвертки кернеры, фрезы, кусачки боковые, плоские и витые пружины, комбинированные плоскогубцы, накатные ролики, детали механических часов, монтажные, слесарные и деревообрабатывающие инструменты и такое прочее.
Изготавливается сталь данной марки в виде горячекатаных кругов, просто листов, кованых полос и квадратов и так далее. Среди положительных характеристик стали марки У8 , стоит выделить простоту обработки во время нагревания и стойкость к появлению внутренних трещин в процессе обработки.

Характеристики и продукция стали 40Х

Помимо инструментальной, популярностью пользуется и конструкционная легированная сталь, среди которой стоит выбелить марку 40Х . Данная сталь отличается сложной свариваемостью, поэтому сталь при сварке требуется прогревать до температуры порядка 300 градусов по Цельсию, а уже после сварки, осуществлять термообработку. Не менее важно и то, что сталь марки 40Х флокеночувствительна, иотличается отпускной способностью. Наиболее распространенными деталями из стали 40Х являются оси, валы, шпиндели, плунжеры, кольца, вал-шестерни, болты, полуоси, рейки, втулки и многое другое.

Описание такой марки стали, как 40х13

Если возникает необходимость в нержавеющей жаропрочной и коррозийно-стойкой стали, прекрасным решением будет 40х13 . Такую свою черту, так устойчивость к коррозии, марка стали 40х13 получила благодаря закалке, позволяющей полностью растворить карбид. Стоит сказать, что для изготовления такой марки как 40х13, применяются индукционные печи, а также дуговые открытого типа. Прекрасным качеством данной марки стали является ее способность к деформации при температурах от 850 до 1100 градусов Цельсия. С целью избежать трещин, нагрев и охлаждение такой стали проводится в медленном режиме.